Зелени тенденции при леенето под налягане

МашиниВъв ФокусСп. Инженеринг ревю - брой 3/2022 • 25.05.2022

  • Експертите смятат, че технологиите са елементът, който ще затвори цикъла и ще подпомогне прехода към кръгова икономика

  • Електрическите машини за леене под налягане консумират енергия само когато извършват някакво действие, за разлика от традиционните хидравлични шприц машини, които потребяват енергия непрекъснато, дори при работа на празен ход

  • С времето биопластмасите еволюират и вече могат безпроблемно да заменят традиционни, базирани на нефт пластмаси

Натискът за декарбонизация на производствените вериги на доставки е налице както от страна на потребителите, така и от законодателните документи на европейския съюз (ЕС). Това развитие ще подсили спешната необходимост от по-добро управление на веригите на доставки на компаниите. За да еволюира и да остане конкурентоспособна в условията на променящия се пазар, пластмасовата индустрия трябва драстично да ограничи въздействието си върху околната среда чрез разработването на нови технологии с фокус върху насърчаване на кръговата концепция.

Проблемът е сериозен – само около 14% от пластмасовите опаковки се събират за рециклиране според Фондация Елън Макартър, чиято основна цел е да спомогне за по-бързо преминаване на света към кръговата икономика. Организацията предупреждава, че спазването на принципа за рециклиране и редуциране на отпадъците само по себе си вече не е достатъчно за справяне с кризата със замърсяването с пластмаси. Изглежда, че потребителите са на същото мнение, съдейки по промените в покупателното им поведение.

Осведомеността по отношение на това как въглеродните емисии влияят върху климата и околната среда непрекъснато нараства. В резултат се наблюдава увеличено потребителско търсене за нисковъглеродни продукти и услуги. Същевременно икономиката е изправена пред съществени предизвикателства поради изчерпването на ресурсите. Затова експертите смятат, че технологиите са елементът, който ще затвори цикъла и ще подпомогне прехода към кръгова икономика.

 

Изцяло електрически шприц машини

Изцяло електрически шприц машини се предлагат на пазара от няколко десетилетия и ползите от експлоатацията им са доказани. Въпреки че все още има приложения за стандартните хидравлични и за хибридните машини за леене под налягане, много от водещите производители се фокусират предимно върху изцяло електрическите. Това е така основно заради непрекъснатото усъвършенстване на технологията и понижаването на разходите за производството на по-големи и тежки машини. Ясно е, че бъдещето на индустрията е неизменно свързано с изцяло електрическите шприц машини.

Електрическите машини за леене под налягане консумират енергия само когато извършват някакво действие, за разлика от традиционните хидравлични шприц машини, които потребяват енергия непрекъснато, дори при работа на празен ход.

Вместо да се задвижват от хидравлична система, електрическите шприц машини се управляват цифрово с високоскоростни и високоефективни сервомотори. Всяка ос се управлява от независим двигател за шприцване, екструзия, затваряне и изхвърляне. В резултат процесът на шприцване става по-бърз, по-чист, повторяемостта и енергийната ефективност се повишават. Енергопотреблението на електрическите машини за леене под налягане може да е с 50 до 75% по-ниско в сравнение с консумацията на енергия на хидравлична машина.

Поради ръста на цените на електроенергия в индустрията, изцяло електрическите шприц машини придобиват все по-голяма популярност благодарение на предлаганата от тях възможност за спестяване на енергийни разходи и съответно редуциране на общите оперативни разходи.
Изцяло електрическите машини за леене под налягане понастоящем се използват в редица индустриални сектори, като производството на автомобилни части, медицински консумативи, медицинско оборудване, електронни компоненти, домакински уреди и др.

Типичните хидравлични шприц машини разполагат с една или две помпи, които генерират хидравлично налягане, и клапани, насочващи налягането към хидравлични механизми в зависимост от необходимите движения. Както беше споменато, електрическите шприц машини нямат един-единствен централен двигател, а използват индивидуални електромотори, предназначени за изпълнение на всяка функция на машината. Това означава, че двигателите могат да не работят, докато не дойде ред на специфичната им функция. Тук предимството на електрическите машини пред хидравличните такива, чиито помпи трябва да работят непрекъснато, е явно. Това важи с особена сила по време на фазата на охлаждане.

Елиминирането на контура на хидравличната помпа води и до елиминиране на необходимостта от охлаждане. Това води до допълнителни спестявания поради липсата на спомагателни линии за охлаждаща вода. Чилърите също консумират големи количества енергия, а охладителните кули потребяват вода и електроенергия и изискват честа поддръжка и месечни планове за третиране на водите.

Разпространена практика за клиентите, които използват само електрически шприц машини, е да разполагат само с чилъри. Това е така, защото те не се нуждаят от контур за високотемпературно охлаждане за машините си, а само от такъв за нискотемпературно охлаждане за шприц формите и захранващото гърло. По-малкото количество оборудване очевидно означава по-малко капиталови инвестиции, по-малки разходи за поддръжка, по-ниско потребление на енергия и по-ниски режийни разходи.

Електрическите машини работят при значително по-ниски температури, тъй като не се генерира топлина от хидравлична помпа. Климатът в чистите помещения често е контролиран, което означава, че климатичната система няма да трябва да работи толкова усилено за отстраняване на топлината от помещението за шприцване, ако машината е електрическа. Това е друга причина, поради която много производители на медицинска техника и такива, работещи в чисти помещения, използват само електрически машини за леене под налягане.

Въз основа на всичко гореизложено, при сравнение на типична 390-тонна хидравлична шприц машина с електрическа такава, е установено, че годишните спестявания в полза на електрическата машина за леене под налягане възлизат на 17 000 щатски долара. Очаква се тази сума да нараства с постоянното увеличение на цената на енергията в световен мащаб. С подходяща поддръжка и обслужване, качествените електрически шприц машини имат експлоатационен живот от над 20 години. Това означава, че при вземането на решение за закупуване на нова шприц машина следва да се отчетат разходите и потенциалните спестявания за период от поне 10 до 20 години.

 

Шприцването и биопластмасите

В миналото предприятията, прилагащи леене под налягане, имаха проблеми с биопластмасите, тъй като материалите бяха скъпи и несъвместими със съществуващото оборудване. Това принуждаваше компаниите са закупуват ново оборудване и дори да правят фундаментални и скъпоструващи промени в процесите си.

С времето обаче биопластмасите еволюират и вече могат безпроблемно да заменят традиционни, базирани на нефт пластмаси. Сред подходящите за шприцване биоразградими полимери са полибутилен адипат терефталатът (PBAT) и поликапролактонът (PCL). Полимлечната киселина (PLA) и полихидроксилалканоатите (PHA) са примери за клас полимери за шприцване, които са както биобазирани, така и биоразградими.

Както конвенционалните пластмаси, биопластмасовите полимери също могат да бъдат смесвани с цел получаване на широк диапазон от физични свойства – от повишена якост на опън през различни модули на еластичност при огъване до по-висока якост на удар. PLA например по принцип е ронлив материал. Проучвания показват обаче, че PLA може да бъде смесена с биоразградими термопластични еластомерни материали с цел модифициране на свойствата й, без да се компрометира възможността за компостиране. При съотношение от 70% PLA и 30% биоразградим термопластичен еластомер ударната якост на PLA нараства с над 400%.

Съвременните биопластмаси могат безпроблемно да бъдат инкорпорирани в процеса на леене под налягане, без да е необходимо допълнително оборудване. Те могат да диверсифицират опциите за клиентите, като се има предвид, че прогнозите са за годишен темп на растеж на пазара на биопластмаси от 11,5% за периода от 2021 до 2030 г. Друго предимство на използването на биопластмаси за шприцване са уникалните възможности за маркетинг на продуктите, обусловени от устойчивото им производство.

 

Биобазирани пластмаси

Най-разпространените биобазирани алифатни полиестери са полимлечната киселина (PLA), полибутилен сукцинатът (PBS) и полихидроксилалканоатите (PHA).
PLA е алифатен хомополимер и е ценово най-конкурентната синтетична биопластмаса, с производствен капацитет от над 250 000 тона годишно. Обикновено PLA се произвежда чрез поликондензация на млечна киселина, която може да се получи от ферментацията на захари, или чрез полимеризация на лактид. PLA може да бъде оптично прозрачна и намира приложение като алтернатива на полиолефинови филми или полистиренови пени, включително за продукти за еднократна употреба.

PBS се отличава с по-гъвкава молекулна структура от PLA, поради което свойствата му са много по-подобни на тези на полиолефините. PBS обикновено се синтезира от невъзобновяеми суровини, но мономерите му могат да бъдат получени от възобновяеми източници. Разработват се методи за производство на сукцинова киселина чрез ферментация на лигноцелулозни захари, а бутандиолът може да се получи чрез хидрокрекинг на нишестета и захари.

PHA е група биоразградими алифатни полиестери с пазар, който се очаква да достигне годишен обем от над 100 000 тона през следващите години. Вместо чрез химичен синтез, PHA могат да се получат чрез различни бактерии, включително Pseudomonas и Ralstonia, както и чрез водорасли. Тези микроорганизми съхраняват PHA вътреклетъчно при нива от до 80% от клетъчния им обем. За култивация могат да се използват различни богати на въглерод суровини, включително хранителни остатъци и втечнени пластмасови отпадъци, което подчертава целесъобразността на биологичния процес на производство на PHA за реализирането на кръговата концепция. Добрите им механични свойства и бариерни характеристики спрямо кислорода и въглеродния диоксид ги правят подходящи за заместители на материали за опаковки като полиетилен и полипропилен.

Полибутилен адипат терефталатът (PBAT) е биоразградим ароматно-алифатен кополиестер, който се продава под различни наименования от различните доставчици. Използва се в земеделски фолиа за мулчиране, които могат да се разградят в почвата за период от над 9 месеца.
Поликапролактонът (PCL) е популярен биосъвместим и биоразградим материал, използван за производството на хирургически конци и имплантируеми устройства за подаване на лекарства. Поликапролактонът хидролизира неензимно в човешкия организъм в рамките на години и се биоразгражда от гъби и бактерии в морска вода в продължение на няколко седмици.

Новият брой 5/2022

брой 5-2022

  ЧЕТЕТЕ БРОЯ ОНЛАЙН

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ





ЕКСКЛУЗИВНО

Top